(57)【要約】【課題】切削工具として十分な強度、硬度、耐熱性および放熱性を有する立方晶窒化ホウ素焼結体を提供する。【解決手段】低圧相窒化ホウ素を高温高圧下で直接変換させると同時に焼結させて立方晶窒化ホウ素焼結体を製造する方法において、ホウ素と酸素とを含む化合物を、窒素と炭素とを含む化合物で還元することにより出発物質としての低圧相窒化ホウ素を準備する。得られた立方晶窒化ホウ素焼結体の（２２０）面のＸ線回折強度Ｉ220と、（１１１）面のＸ線回折強度Ｉ111との比Ｉ220／Ｉ111は０．１以上である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
低圧相窒化ホウ素を高温高圧下で直接変換させると同時に焼結させて立方晶窒化ホウ素焼結体を製造する方法において、
ホウ素と酸素を含む化合物を、炭素と窒素とを含む化合物で還元することにより出発物質としての前記低圧相窒化ホウ素を準備することを特徴とする、立方晶窒化ホウ素焼結体の製造方法。
【請求項２】
前記立方晶窒化ホウ素への直接変換は、前記ホウ素と酸素とを含む化合物の沸点以上の温度で前記低圧相窒化ホウ素を非酸化性雰囲気で加熱した後、行なわれることを特徴とする、請求項１に記載の立方晶窒化ホウ素焼結体の製造方法。
【請求項３】
前記低圧相窒化ホウ素には０．０８〜１重量％の酸素が含まれていることを特徴とする、請求項１または２に記載の立方晶窒化ホウ素焼結体の製造方法。
【請求項４】
前記立方晶窒化ホウ素への直接変換は、前記低圧相窒化ホウ素の粉末を非酸化性雰囲気で加熱した後、成形することによって成形体を得て、その成形体をさらに加熱した後、行なわれることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の立方晶窒化ホウ素焼結体の製造方法。
【請求項５】
低圧相窒化ホウ素を高温高圧下で直接変換させると同時に焼結させて製造された立方晶窒化ホウ素焼結体であって、
その立方晶窒化ホウ素焼結体の（２２０）面のＸ線回折強度（Ｉ220）と、（１１１）面のＸ線回折強度（Ｉ111）との比（Ｉ220／Ｉ111）が０．１以上であることを特徴とする、立方晶窒化ホウ素焼結体。
【請求項６】
前記立方晶窒化ホウ素焼結体の立方晶窒化ホウ素結晶の粒径が１μｍ以下であることを特徴とする、請求項５に記載の立方晶窒化ホウ素焼結体。
【請求項７】
硬度が４５００Ｋｇ／ｍｍ2以上であることを特徴とする、請求項５または６に記載の立方晶窒化ホウ素焼結体。
【請求項８】
非酸化性雰囲気での耐熱温度が１２００℃以上であることを特徴とする、請求項５〜７のいずれか１項に記載の立方晶窒化ホウ素焼結体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、立方晶窒化ホウ素焼結体およびその製造方法に関し、特に、低圧相窒化ホウ素を直接変換させると同時に焼結させることにより得られる立方晶窒化ホウ素焼結体およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
立方晶窒化ホウ素（以下、「ｃＢＮ」と称する）焼結体は、ダイヤモンドに次ぐ硬度を有し、鉄系材料と反応しないという特徴があるため、従来より鉄系材料の切削工具として用いられている。
【０００３】
切削工具として用いられるｃＢＮの焼結体は、一般に、ｃＢＮの粉末を、ＴｉＮ、ＴｉＣ、Ｃｏなどからなるバインダを用いて超高圧下で焼結することにより製造される。このようにして得られたｃＢＮ焼結体には１０〜４０体積％程度の不純物が含まれる。この不純物は、バインダを構成するＴｉＮ、ＴｉＣ、Ｃｏなどである。この不純物がｃＢＮ焼結体の強度、耐熱性、熱放散性を低下させる原因となり、特に、鉄系材料を高速で切削加工する場合には、刃先に欠損や亀裂が生じやすく、切削工具としての寿命が短くなるという問題がある。
【０００４】
このような問題を解決するために、バインダを用いないでｃＢＮ焼結体を製造する方法が知られている。この方法では、六方晶窒化ホウ素（以下、「ｈＢＮ」と称する）を原料とし、ホウ窒化マグネシウムなどの触媒を用いてこの原料を反応・焼結させてｃＢＮ焼結体を製造している。このようにして得られた焼結体には不純物が少なくｃＢＮ粒子が強く結合しているために熱伝導率が６〜７Ｗ／ｃｍ・℃と高い。そのため、この焼結体は、ヒートシンク材やＴＡＢボンディングツールなどに用いられている。しかし、この焼結体中にはホウ窒化マグネシウムなどの触媒が残留しているため、熱を加えると、この触媒とｃＢＮとの熱膨張差により、ｃＢＮ焼結体に微細なクラックが入りやすい。したがって、この焼結体の耐熱温度は７００℃程度と低く、切削工具として使えないという問題がある。また、ｃＢＮ粒子の粒径が１０μｍ前後と大きいため、熱伝達率が高いものの、強度が低くなる。その結果、この焼結体を切削工具の刃先とした場合には、大きな負荷で断続的に切削することが困難となる。
【０００５】
一方、バインダや触媒を用いずにｈＢＮを超高温高圧下でｃＢＮ焼結体に直接変換する方法も知られている。たとえば、特開昭４７−３４０９９号公報や特開平３−１５９９６４号公報には、ｈＢＮを圧力７ＧＰａ、温度２１００℃以上に保ち、ｃＢＮ焼結体を得る方法が記載されている。しかし、これらの方法では、工業生産をするにはコストや生産性などの問題がある。また、これらの方法では、高温中で焼結するため、ｃＢＮの結晶が大きく成長しやすい。そのため、焼結体の強度が低くなり、切削工具として使用した場合には、刃先が欠けるなどの問題がある。また、この方法で用いられているｈＢＮは、＜１１１＞方向に配向しやすいため、この原料から製造されたｃＢＮ焼結体も、＜１１１＞方向に配向しやすくなる。そのため、この方法によって得られたｃＢＮ焼結体を切削工具として使用した場合に、層状亀裂や剥離などが生じるという問題がある。
【０００６】
また、バインダや触媒を用いずにｃＢＮ焼結体を製造する方法として、熱分解窒化ホウ素（以下、「ｐＢＮ」と称する。）を原料にしてｃＢＮ焼結体を製造する方法が、特公昭６３−３９４号公報や特開平８−４７８０１号公報に記載されている。しかし、これらの方法では、工業生産をするにはコストや生産性などの問題がある。また、これらの方法では、原料として用いるｐＢＮが極めて高価であること、圧縮ｈＢＮ（compressed hBN）がｃＢＮ焼結体中に残留しやすいこと、ｃＢＮ焼結体の配向性が強いため層状亀裂や剥離が生じやすいことなどが問題となる。
【０００７】
また、バインダや触媒を使わずにより低い温度条件でｃＢＮ焼結体を製造する方法として、原料となる六方晶窒化ホウ素の粒子の平均粒径を３μｍ以下とし、この原料を圧力６ＧＰａ、温度１１００℃に保つことにより、ｃＢＮ焼結体を得る方法が特公昭４９−２７５１８号公報に記載されている。しかし、この方法では、原料となる六方晶窒化ホウ素が微粉であるため、この六方晶窒化ホウ素が数％の酸化ホウ素不純物や吸着ガスを含む。したがって、この不純物や吸着ガスの作用により、焼結が十分に進行しないという問題がある。また、ｃＢＮ焼結体中にホウ素の酸化物が含まれるため、焼結体の硬度、強度、耐熱性が低くなり、切削工具として用いることができないという問題がある。
【特許文献１】特開昭４７−３４０９９号公報
【特許文献２】特開平３−１５９９６４号公報
【特許文献３】特公昭６３−３９４号公報
【特許文献４】特開平８−４７８０１号公報
【特許文献５】特公昭４９−２７５１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、この発明は上述のような問題点を解決するためになされたものであり、切削工具として十分な強度、硬度、耐熱性および放熱性を有するｃＢＮ焼結体およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に従った立方晶窒化ホウ素焼結体の製造方法は、低圧相窒化ホウ素を高温高圧下で直接変換させると同時に焼結させて立方晶窒化ホウ素焼結体を製造する方法であって、ホウ素と酸素を含む化合物を、炭素と窒素とを含む化合物で還元することにより、出発物質としての低圧相窒化ホウ素を準備することを特徴とするものである。ここで、低圧相窒化ホウ素（低圧相ＢＮ）とは、熱力学的に低圧域で安定な窒化ホウ素で、六方晶系グラファイト型構造に類似した六方晶ＢＮ（ｈＢＮ）、菱面体ＢＮ（ｒＢＮ）、乱層構造のＢＮ（ｔＢＮ）および非晶質のＢＮ（ａＢＮ）を含む。一方、ｃＢＮは、高圧下で安定で、高圧相ＢＮとも呼ばれる。
【００１０】
このような製造方法を採用することにより、出発物質としての低圧相窒化ホウ素は高温で熱処理しても配向しにくくかつ結晶粒子も大きくならないという特徴がある。したがって、この低圧相窒化ホウ素から高温高圧下で直接変換することにより得られるｃＢＮ焼結体は、配向しにくく、言い換えれば等方性であり、かつ結晶粒子の径が小さいものとなる。その結果、切削工具として十分な強度および硬度を有するｃＢＮ焼結体を得ることができる。
【００１１】
また、立方晶窒化ホウ素への直接変換は、ホウ素と酸素とを含む化合物の沸点以上の温度で低圧相窒化ホウ素を非酸化性雰囲気で加熱した後行なわれることが好ましい。この場合、ホウ素と酸素とを含む化合物や吸着ガスが加熱により揮発するため、低圧相窒化ホウ素中にホウ素と酸素とを含む化合物や吸着ガスが残らない。そのため、ｃＢＮ粒子間の結合強度が大きくなり、強度、硬度だけでなく、切削工具としての耐熱性および放熱性に優れたｃＢＮ焼結体を得ることができる。また、ｃＢＮへの変換を阻害する、酸素とホウ素とを含む化合物を揮発させるため、ｃＢＮに変換しやすくなる。そのため、従来の直接変換法のように、ｃＢＮ焼結体中にｈＢＮが残留することがない。その結果、マイルドな圧力、温度条件で高強度のｃＢＮ焼結体を得ることができる。
【００１２】
また、低圧相窒化ホウ素には０．０８〜１重量％の酸素が含まれていることが好ましい。酸素の含有量を０．０８重量％以上としたのは本発明による低結晶性低圧相ＢＮには除去不可能な酸素が０．０８重量％未満含まれるからである。また、酸素の含有率が１重量％を超える低圧相窒化ホウ素は、ｃＢＮに変換しにくいため、このような低圧相ＢＮを出発物質とすれば、ｃＢＮ焼結体の内部に未変換の低圧相ＢＮが残留することになり強度、硬度が低下することになる。
【００１３】
また、立方晶窒化ホウ素への変換は、低圧相窒化ホウ素の粉末を非酸化性雰囲気で加熱した後成形することによって成形体を得て、その成形体をさらに加熱した後、行なわれることが好ましい。この場合、成形体を加熱することにより、成形体中に含まれる吸着ガスが除去される。したがって、ｃＢＮの粒子間の結合強度が大きくなり、ｃＢＮの強度、硬度、耐熱性および放熱性がさらに向上する。
【００１４】
この発明の立方晶窒化ホウ素焼結体は、低圧相窒化ホウ素を高温高圧下で直接変換させると同時に焼結させて得られるものであって、その立方晶窒化ホウ素焼結体の（２２０）面のＸ線回折強度（Ｉ220）と、（１１１）面のＸ線回折強度（Ｉ111）との比（Ｉ220／Ｉ111）が０．１以上である。この場合、Ｉ220の割合が比較的大きいため立方晶窒化ホウ素焼結体が等方性であり、強度、硬度、耐熱性および放熱性に優れたｃＢＮ焼結体を得ることができる。ここで、Ｉ220／Ｉ111が０．１未満であれば、ｃＢＮ焼結体は、＜１１１＞方向への配向が強いといえる。すなわち、この場合、ｃＢＮ焼結体は、異方性であるため、層状亀裂や剥離が生じやすくなる。
【００１５】
また、立方晶窒化ホウ素焼結体中の立方晶窒化ホウ素結晶の粒径は１μｍ以下であることが好ましい。この場合、ｃＢＮの結晶が小さいため、ｃＢＮ焼結体の強度をさらに上げることができる。ここで、立方晶窒化ホウ素の結晶の粒径が１μｍを超えると、粒内破壊が生じやすくなるため、ｃＢＮ焼結体の強度が低下する。
【００１６】
また、立方晶窒化ホウ素焼結体の硬度は４５００Ｋｇ／ｍｍ2以上であることが好ましい。
【００１７】
また、立方晶窒化ホウ素焼結体は、非酸化性雰囲気での耐熱温度が温度１２００℃以上であることが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
（実施例１）
まず、酸化ホウ素（Ｂ2Ｏ3）とメラミン（Ｃ3Ｎ6Ｈ6）を３：１のモル比で配合し、乳鉢を用いて均一に混合した。この混合物を管状炉に入れて窒素ガス中で温度９５０℃で２時間熱処理することにより粉末を得た。この粉末をエタノールで洗浄して未反応のＢ2Ｏ3を除去した。さらに、この粉末を高周波炉で窒素ガス中温度２１００℃で２時間熱処理して窒素ホウ素の粉末を得た。ガス分析により、窒素ホウ素の粉末中の酸素含有量を測定すると０．６６重量％であった。また、窒素ホウ素粉末の結晶構造をＸ線回折により調べた、Ｘ線源としてＣｕＫα線源を用いた。Ｘ線の波長は１．５４Åであった。このＸ線回折により得られた回折線を図１に示す。
【００１９】
図１から、ｈＢＮの（１０２）面の回折線がなく、ｈＢＮの（００２）に対応する回折線が非常にブロードで、等方的に結晶が成長していることがわかる。また、ｈＢＮの（００２）面の回折線の半値幅（図中Ｗ：単位ｄｅｇｒｅｅ）を求めた。Ｗを以下の式に代入し、ラジアン半値幅ＢＭを求めた。
【００２０】
【数１】
2007217281.tif 000002
【００２１】
ラジアン半値幅ＢＭと、機械誤差ＢＳ（＝４．０×１０-3）を以下の式に代入し、真の半値幅Ｂを求めた。
【００２２】
【数２】
2007217281.tif 000003
【００２３】
真の半値幅Ｂと、Ｘ線の波長（λ＝１．５４Å）、（００２）面で回折が起きるときの角度（図１のＡの半分の値）より結晶粒子の直径ｔを、以下に示す式から算出した。
【００２４】
【数３】
2007217281.tif 000004
【００２５】
この式から計算した結晶粒子の直径ｔは、１３ｎｍであった。
次に、上述の手順で合成した低圧相ＢＮの粉末を圧力６×１０3Ｋｇ・ｆ／ｃｍ2で型押し成形し、直径８ｍｍ、厚さ３ｍｍの成形体を作製した。この成形体を高周波炉で、窒素ガス中、温度２１００℃で２時間熱処理した。次に、この成形体をモリブデン（Ｍｏ）からなるカプセルに入れ、ベルト型超高圧発生装置で圧力６．５ＧＰａ、温度１８５０℃に１５分間保つことによりｃＢＮ焼結体を得た。
【００２６】
この焼結体の構造をＸ線回折によって調べたところ、ｃＢＮのみからなることがわかった。また、Ｘ線回折において、ｃＢＮの（２２０）面の回折強度Ｉ220と、ｃＢＮの（１１１）面の回折強度Ｉ111との比率Ｉ220／Ｉ111は０．１８であった。このことから、このｃＢＮ焼結体は、配向性が小さく、等方性の焼結体であることがわかった。また、このｃＢＮ焼結体の微細構造を透過型電子顕微鏡で観察したところ、ｃＢＮの結晶粒子の大きさは約０．５μｍであり、微細なものであることがわかった。また、この観察により、結晶粒子間には不純物がなく、結晶粒子同士が強く結合していることがわかった。
【００２７】
次に、このようにして得られたｃＢＮ焼結体の硬度をマイクロヌープ圧子で測定したところ、硬度は５５００Ｋｇ／ｍｍ2であり、硬度が高いことがわかった。また、レーザフラッシュ法で熱伝導率を測定すると、約６Ｗ／ｃｍ・℃であり、熱伝導率が高いことがわかった。また、真空炉で熱処理をする前の硬度と、真空炉で熱処理した後の硬度とを比較することにより、耐熱性を評価したところ、このｃＢＮ焼結体は、温度１３５０℃まで安定であり、耐熱性が高いことがわかった。また、本発明により得られたｃＢＮ焼結体から切削工具を製作し、鋳鉄の断続高速切削テストを行なった。また、Ｃｏをバインダとして形成されたｃＢＮ焼結体からなる市販の切削工具についても鋳鉄の断続高速切削テストを行なった。この２つのテストから、この発明のｃＢＮ焼結体から製作した切削工具は、市販の切削工具に対して１０倍の寿命があることがわかった。
【００２８】
（実施例２）
実施例１では酸化ホウ素とメラミンの混合物を管状炉で、窒素ガス中、温度９５０℃で２時間熱処理したが、実施例２では酸化ホウ素とメラミンの混合物を、管状炉で、窒素ガス中、温度８５０℃で２時間熱処理した。その他の製造工程に関しては、実施例１と同様とした。このようにして得られた低圧相ＢＮ粉末の酸素含有量をガス分析により測定すると０．８重量％であった。また、低圧相ＢＮ粉末の構造をＸ線回折により調べたところ、Ｘ線回折図形には、ｈＢＮの（１０２）面の回折線がなく、ｈＢＮの（００２）面回折に対応する回折線が非常にブロードであったことから、この低圧相ＢＮ粉末を構成する低圧相ＢＮの結晶粒子はかなり小さいことがわかった。また、ｈＢＮの（００２）面回折に対応する回折線の半値幅から上述の（数１〜３）で示す式を用いて結晶粒子の直径ｔを求めたところ、ｔ＝８ｎｍであった。
【００２９】
このようにして得られた低圧相ＢＮを原料として、実施例１と同様にしてｃＢＮ焼結体を作製した。得られたｃＢＮ焼結体の構造をＸ線回折によって調べたところ、ｃＢＮの（２２０）面の回折強度Ｉ220と、ｃＢＮの（１１１）面の回折強度Ｉ111との比Ｉ220／Ｉ111は０．２であり、この焼結体を構成する結晶粒子は等方性であることがわかった。また、このｃＢＮ焼結体の結晶の粒径、硬度、熱伝導率、耐熱性は実施例１と同様の値を示し、鋳鉄の断続高速切削テストでも同様の結果を示した。
【００３０】
（実施例３）
実施例１では酸化ホウ素とメラミンの混合物を、管状炉で、窒素ガス中、温度９５０℃で２時間熱処理したが、実施例３では酸化ホウ素とメラミンの混合物を管状炉で、窒素ガス中温度１０５０℃で２時間熱処理した。それ以外の製造プロセスは、実施例１と同様とした。このようにして得られた低圧相ＢＮ粉末の酸素含有量をガス分析により測定すると０．２重量％であった。また、得られた低圧相ＢＮ粉末の結晶構造をＸ線回折により調べたところ、Ｘ線回折図形には、ｈＢＮの（１０２）面の回折線がなく、ｈＢＮの（００２）面回折に対応する回折線がブロードで、結晶性が低いことを示した。また、ｈＢＮの（００２）面回折に対応する回折線の半値幅と、回折が起こる角度と、Ｘ線の波長から、結晶粒子の直径ｔを求めた。直径ｔは約３５ｎｍであった。また、この低圧相ＢＮの粉末の結晶構造を走査型電子顕微鏡で観察したところ、結晶の粒径は１μｍであり、微細な結晶からなるものであることがわかった。
【００３１】
この低圧相ＢＮを原料として実施例１と同様にｃＢＮ焼結体を作製した。得られたｃＢＮ焼結体の結晶構造をＸ線回折により調べた。Ｘ線回折図形から、ｃＢＮの（２２０）面の回折強度Ｉ220と、ｃＢＮの（１１１）面の回折強度Ｉ111との比Ｉ220／Ｉ111は、０．１２であり、このｃＢＮ焼結体を構成する結晶は等方性であることがわかった。また、このｃＢＮ焼結体の硬度、熱伝導性、耐熱性、結晶の粒径は実施例１と同様の値を示した。また、鋳鉄の断続高速切削テストでも同様の結果を示した。
【００３２】
（実施例４）
実施例２では、低圧相ＢＮの成形体をモリブデンカプセルに入れ、ベルト型超高圧発生装置で圧力６．５ＧＰａ、温度１８５０℃に１５分間保ったが、実施例４では、実施例２と同様に製造した低圧相ＢＮからなる成形体をモリブデンカプセルに入れ、ベルト型超高圧発生装置で圧力６ＧＰａ、温度１５５０℃に保った。それ以外の製造プロセスに関しては、実施例２と同様にしてｃＢＮ焼結体を作製した。
【００３３】
このようにして得られたｃＢＮ焼結体の特性、切削性能は、実施例２で得られた焼結体と同様であった。
【００３４】
（比較例１）
市販されているｈＢＮの成形体を原料として用いた。このｈＢＮの成形体の粒径は３〜１０μｍであった。この成形体を高周波炉に入れ、窒素ガス中、温度２１００℃で２時間熱処理してサンプルを得た。このサンプルの酸素含有量をガス分析により測定した。この測定の結果、酸素含有量は０．０３重量％であった。サンプルを、実施例１と同様にモリブデンカプセルに入れ、ベルト型超高圧発生装置で圧力６．５ＧＰａ、温度１８５０℃に１５分間保った。このようにして得られた物質を調べると、ほとんど焼結していないことがわかった。また、この物質中のｃＢＮの割合をＸ線回折により調べると、ｃＢＮは約１０体積％であり、残りの約９０体積％はｈＢＮのままであった。
【００３５】
（比較例２）
市販されているｐＢＮの成形体を原料として用いた。この成形体を高周波炉で窒素ガス中温度２１００℃で２時間熱処理してサンプルを得た。このサンプルの酸素含有量をガス分析により測定した。酸素含有量は０．０２重量％であった。次に、このサンプルを実施例１と同様にモリブデンカプセルに入れ、ベルト型超高圧発生装置で圧力６．５ＧＰａ、温度１８５０℃に１５分間保った。このようにして得られた物質を調べると、十分に焼結していないことがわかった。また、この物質中のｃＢＮの割合をＸ線回折により調べると、約９０体積％がｃＢＮであったが、残りの約１０体積％はｈＢＮが圧縮されたものであった。
【００３６】
（比較例３）
原料として、市販されているｈＢＮの成形体を用いた。この成形体中のｈＢＮの結晶粒径は３〜１０μｍであった。この成形体を高周波炉で窒素ガス中温度２１００℃で２時間熱処理してサンプルを形成した。このサンプル中の酸素含有量をガス分析により測定した。酸素含有量は０．０３重量％であった。次に、このサンプルをモリブデンカプセルに入れ、ベルト型超高圧発生装置で圧力７．７ＧＰａ、温度２２００℃に１５分間保つことにより強固なｃＢＮ焼結体を得た。
【００３７】
このｃＢＮ焼結体の構造をＸ線回折により調べたところ、ｃＢＮの（２２０）面の回折強度Ｉ220と、ｃＢＮの（１１１）面の回折強度Ｉ111との比Ｉ220／Ｉ111は０．０６であり、＜１１１＞方向に選択的に配向した異方性のｃＢＮ焼結体が得られたことがわかった。また、Ｘ線回折により、面間隔ｄ＝３．１Å付近に圧縮されたｈＢＮが微量ながらあることがわかった。また、このｃＢＮ焼結体の硬度をマイクロヌープ圧子で測定したところ、硬度は５０００Ｋｇ／ｍｍ2であった。また、このｈＢＮ焼結体の熱伝導率をレーザフラッシュ法で測定したところ熱伝導率は約５．５Ｗ／ｃｍ・℃であった。また、このｃＢＮ焼結体から切削工具を作製し、実施例１と同様の鋳鉄の断続高速切削テストを行なった。その結果、市販のｃＢＮ焼結体からなる工具に比べて約２倍の寿命を示したものの、刃先部が層状に剥離したと思われるような欠損が生じていた。
【００３８】
（比較例４）
原料として市販のｐＢＮの成形体を用いた。この成形体を高周波炉で窒素ガス中温度２１００℃で２時間熱処理してサンプルを得た。このサンプル中の酸素含有量をガス分析により測定した。酸素含有量は０．０２重量％であった。このサンプルをモリブデンカプセルに入れ、ベルト型超高圧発生装置で圧力７．５ＧＰａ、温度２１００℃に１５分間保つことにより強固なｃＢＮ焼結体が得られた。このｃＢＮ焼結体の構造をＸ線回折によって調べたところ、ｃＢＮの（２２０）面の回折線はほとんど見られず、ｃＢＮの（２２０）面の回折強度Ｉ220と、ｃＢＮの（１１１）面の回折強度Ｉ111との比Ｉ220／Ｉ111はほぼ０であることがわかった。このことから、このｃＢＮ焼結体は、＜１１１＞方向に選択的に配向した非常に異方性の強い焼結体であることがわかった。また、Ｘ線回折により、面間隔でｄ＝３．１Å付近に圧縮されたｈＢＮがあることがわかった。このｃＢＮ焼結体の硬度を測定したところ、硬度は４０００Ｋｇ／ｍｍ2であった。また、この焼結体の熱伝導率をレーザフラッシュ法で測定すると、熱伝導率は約４．５Ｗ／ｃｍ・℃であった。また、このｃＢＮ焼結体から切削工具を作製し、鋳鉄の断続高速切削テストを行なったところ、瞬時にして刃先が欠損した。刃先の損傷を見ると、層状に剥離している部分が多く見られた。
【００３９】
（比較例５）
Ｂ2Ｏ3とアンモニアを反応させて低結晶の低圧相ＢＮを合成し、これを原料とした。この原料の結晶粒子の粒径は０．５μｍであった。この原料の組成を分析すると、約３重量％のＢ2Ｏ3が含まれていたので、このＢ2Ｏ3を除去するために高周波炉で窒素ガス中温度２１００℃で２時間熱処理した。この熱処理により酸素含有量が０．１重量％程度となったが、ｈＢＮの結晶粒子が成長しており、結晶粒子の粒径は３〜５μｍであった。これを原料として実施例１と同様にｃＢＮ焼結体の作製を試みたが、ｈＢＮがｃＢＮに変換せず、強固なｃＢＮ焼結体は全く得られなかった。
【００４０】
今回開示された実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明のｃＢＮ焼結体の原料となるｈＢＮのＸ線回折図形を示す図である。
【図１】
2007217281.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成19年5月23日(2007.5.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低結晶性六方晶窒化ホウ素を高温高圧下で直接変換させると同時に焼結させて立方晶窒化ホウ素焼結体を製造する方法において、
ホウ素と酸素を含む化合物を、炭素と窒素とを含む化合物で還元することにより出発物質としての前記低結晶性六方晶窒化ホウ素を準備し、当該低結晶性六方晶窒化ホウ素から前記立方晶窒化ホウ素への直接変換は、前記ホウ素と酸素とを含む化合物の沸点以上の温度で前記低結晶性六方晶窒化ホウ素を非酸化性雰囲気で加熱した後、行なわれ、前記低結晶性六方晶窒化ホウ素には０．０８〜１重量％の酸素が含まれていることを特徴とする、立方晶窒化ホウ素焼結体の製造方法。
【請求項２】
前記炭素と窒素とを含む化合物はメラミンである、請求項１に記載の立方晶窒化ホウ素焼結体の製造方法。
【請求項３】
前記立方晶窒化ホウ素への直接変換は、前記低結晶性六方晶窒化ホウ素の粉末を非酸化性雰囲気で加熱した後、成形することによって成形体を得て、その成形体をさらに加熱した後、行なわれることを特徴とする、請求項１または２に記載の立方晶窒化ホウ素焼結体の製造方法。
【請求項４】
低結晶性六方晶窒化ホウ素を高温高圧下で直接変換させると同時に焼結させて製造された立方晶窒化ホウ素焼結体であって、
その立方晶窒化ホウ素焼結体の（２２０）面のＸ線回折強度（Ｉ220）と、（１１１）面のＸ線回折強度（Ｉ111）との比（Ｉ220／Ｉ111）が０．１以上であることを特徴とする、立方晶窒化ホウ素焼結体。
【請求項５】
前記立方晶窒化ホウ素焼結体の立方晶窒化ホウ素結晶の粒径が１μｍ以下であることを特徴とする、請求項４に記載の立方晶窒化ホウ素焼結体。
【請求項６】
硬度が４５００Ｋｇ／ｍｍ2以上であることを特徴とする、請求項４または５に記載の立方晶窒化ホウ素焼結体。
【請求項７】
非酸化性雰囲気での耐熱温度が１２００℃以上であることを特徴とする、請求項４〜６のいずれか１項に記載の立方晶窒化ホウ素焼結体。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
この発明に従った立方晶窒化ホウ素焼結体の製造方法は、低圧相窒化ホウ素である低結晶性六方晶窒化ホウ素を高温高圧下で直接変換させると同時に焼結させて立方晶窒化ホウ素焼結体を製造する方法であって、ホウ素と酸素を含む化合物を、炭素と窒素とを含む化合物で還元することにより、出発物質としての低結晶性六方晶窒化ホウ素を準備し、当該低結晶性六方晶窒化ホウ素から立方晶窒化ホウ素への直接変換は、ホウ素と酸素とを含む化合物の沸点以上の温度で低結晶性六方晶窒化ホウ素を非酸化性雰囲気で加熱した後行なわれることを特徴とするものである。ここで、低圧相窒化ホウ素（低圧相ＢＮ）とは、熱力学的に低圧域で安定な窒化ホウ素で、六方晶系グラファイト型構造に類似した六方晶ＢＮ（ｈＢＮ）、菱面体ＢＮ（ｒＢＮ）、乱層構造のＢＮ（ｔＢＮ）および非晶質のＢＮ（ａＢＮ）を含む。一方、ｃＢＮは、高圧下で安定で、高圧相ＢＮとも呼ばれる。
この場合、ホウ素と酸素とを含む化合物や吸着ガスが加熱により揮発するため、低圧相窒化ホウ素中にホウ素と酸素とを含む化合物や吸着ガスが残らない。そのため、ｃＢＮ粒子間の結合強度が大きくなり、強度、硬度だけでなく、切削工具としての耐熱性および放熱性に優れたｃＢＮ焼結体を得ることができる。また、ｃＢＮへの変換を阻害する、酸素とホウ素とを含む化合物を揮発させるため、ｃＢＮに変換しやすくなる。そのため、従来の直接変換法のように、ｃＢＮ焼結体中にｈＢＮが残留することがない。その結果、マイルドな圧力、温度条件で高強度のｃＢＮ焼結体を得ることができる。また、低結晶性六方晶窒化ホウ素には０．０８〜１重量％の酸素が含まれている。酸素の含有量を０．０８重量％以上としたのは本発明による低結晶性六方晶ＢＮには除去不可能な酸素が０．０８重量％未満含まれるからである。また、酸素の含有率が１重量％を超える低圧相窒化ホウ素は、ｃＢＮに変換しにくいため、このような低圧相ＢＮを出発物質とすれば、ｃＢＮ焼結体の内部に未変換の低結晶性六方晶ＢＮが残留することになり強度、硬度が低下することになる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
この発明の立方晶窒化ホウ素焼結体は、低圧相窒化ホウ素である低結晶性六方晶窒化ホウ素を高温高圧下で直接変換させると同時に焼結させて得られるものであって、その立方晶窒化ホウ素焼結体の（２２０）面のＸ線回折強度（Ｉ220）と、（１１１）面のＸ線回折強度（Ｉ111）との比（Ｉ220／Ｉ111）が０．１以上である。この場合、Ｉ220の割合が比較的大きいため立方晶窒化ホウ素焼結体が等方性であり、強度、硬度、耐熱性および放熱性に優れたｃＢＮ焼結体を得ることができる。ここで、Ｉ220／Ｉ111が０．１未満であれば、ｃＢＮ焼結体は、＜１１１＞方向への配向が強いといえる。すなわち、この場合、ｃＢＮ焼結体は、異方性であるため、層状亀裂や剥離が生じやすくなる。